KR20180010160A - 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템, 및 내연 기관 - Google Patents

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안드레아스 도에링
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

촉매 컨버터로, 특히 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는, 배기 가스 공급 라인(8)을 갖는, 말하자면 환원제의 전구체 물질을, 특히 요소와 같은 암모니아 전구체 물질을, 배기 가스와 혼합하기 위한, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 특히 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 혼합 장치로서, 배기 가스 공급 라인은, 환원제의 전구체 물질을 배기 가스 내로 도입하기 위한, 배기 가스 공급 라인(8)과 연관되는, 도입 장치(12)에 의해, 그리고, 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스를 환원제의 전구체 물질과 혼합하기 위한 그리고 전구체 물질의 환원제로의 분해를 위한, 개별적인 도입 장치(12)의 하류에 배열되며 그리고 배기 가스 공급 라인(8)에 의해 제공되는, 혼합 및 분해 섹션(14)에 의해, 배기 가스를 유도하고, 소음기(21)가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 배기 가스 공급 라인(8)과 연관되는 것인, 혼합 장치가 제공된다.

Description

배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템, 및 내연 기관{A MIXING DEVICE FOR AN EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM, EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템, 및 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관에 관한 것이다.
예를 들어 발전소들에서 사용되는 고정형 내연 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 그리고 예를 들어 선박들 상에 사용되는 비고정형 내연 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 질소 산화물들이 발생하며, 이러한 질소 산화물들은 전형적으로, 석탄, 천연 석탄, 갈탄, 광유, 중유, 디젤 연료와 같은, 황-함유의, 화석 연료들의 연소에서 발생한다. 따라서, 배기 가스 후처리 시스템들이 그러한 내연 기관들에 할당되며, 그러한 시스템들은, 내연기관을 떠나는 배기 가스의 정화를 위해, 특히 탈질화를 위해 역할을 한다.
소위 SCR 촉매 컨버터들이 주로, 실무적으로 공지된 배기 가스 후처리 시스템들에서 배기 가스 내의 질소 산화물들의 환원을 위해 사용된다. SCR 촉매 컨버터에서, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원이 일어나며, 암모니아(NH3)가, 질소 산화물의 환원을 위한 환원제로서 요구된다. 이를 위해, 예를 들어 요소 또는 별개의 카르바미드(carbamide)와 같은, 암모니아 전구체 물질이, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 액체 형태로 배기 가스 내로 도입되며, 암모니아 전구체 물질은, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스와 혼합되며 그리고 환원제로 전달된다. 이를 위해, 실무에 따르면, 혼합 및 분해 섹션이, 암모니아 전구체 물질의 도입 장치와 SCR 촉매 컨버터 사이에 제공된다.
비록 배기 가스 후처리, 특히 질소 산화물 환원이 이미, SCR 촉매 컨버터를 포함하는, 실무에서 공지된 배기 가스 후처리 시스템들에 의해, 성공적으로 일어날 수 있지만, 배기 가스 후처리 시스템들을 더 개선할 필요가 있다. 특히, 필요성은, 콤팩트한 구조적 형태와 함께 저소음 배기 가스 후처리를 가능하게 하는 것으로 이루어진다.
이로부터 진행되어, 본 발명은, 콤팩트한 구조적 형태와 함께 저소음 배기 가스 후처리를 가능하게 하는, 배기 가스 후처리 시스템을 위한 신규의 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템 및 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관을 제공하는 것에 대한 문제점에 기초하게 된다.
이러한 문제점은, 청구항 1에 따른 혼합 장치에 의해 해소된다. 본 발명에 따르면, 소음기가, 혼합 및 분해 섹션의 구역에서 배기 가스 공급 라인과 연관된다. 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 가능하게 이루어질 수 있다.
바람직하게, 혼합 및 분해 섹션을 형성하는 배기 가스 공급 라인의 부분 및 소음기, 또는 별개로 배기 가스 공급 라인 및 소음기는, 공통 조립체를 형성하기 위해 조합된다. 특히 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 가능하게 이루어질 수 있다.
유리한 다른 개선예에 따르면, 소음기는, 개별적으로 적어도 하나의 개구를 통해 배기 가스 공급 라인과 연결되는, 여러 개의 소음기 챔버를 구비한다. 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 가능하게 이루어질 수 있다.
다른 유리한 추가적인 개선예에 따르면, 소음기의 제1 소음기 챔버가 적어도 제1 개구를 통해 배기 가스 공급 라인에 연결되고, 및/또는 소음기의 제2 소음기 챔버가 적어도 제2 개구를 통해 배기 가스 공급 라인에 연결되며, 도입 장치의 상류에 배열되는 상기 또는 각각의 개구의 거리가, 도입 장치의 구역에서의 배기 가스 라인의 직경의 최대 3배이며, 그리고 도입 장치의 하류에 배열되는 상기 또는 각각의 개구의 거리가, 도입 장치의 구역에서의 배기 가스 공급 라인의 직경의 최대 1배 또는 적어도 2배이다. 혼합 및 분해 섹션의 구역에서, 그의 도입 장치로부터의 거리는, 도입 장치의 구역에서의 배기 가스 공급 라인의 직경의 1배 내지 도입 장치의 구역에서의 배기 가스 공급 라인의 직경의 2배 사이에 대응하고, 소음기의 소음기 챔버들이 그를 통해 배기 가스 공급 라인과 연결되는, 개구들이 형성되지 않는다. 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 가능하게 이루어질 수 있다. 특히, 예를 들어 요소와 같은, 환원제의 액체 전구체 물질은, 소음기 챔버들을 배기 가스 공급 라인에 연결하는 개구들의 구역 내로 도달하며, 그리고 이러한 개구들을 차단하거나 또는 별개로 막는다.
바람직하게, 소음기의 제3 소음기 챔버가, 적어도 제3 개구를 통해, 도입 장치의 상류에서 배기 가스 공급 라인에 연결된다. 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 가능하게 이루어질 수 있다. 도입 장치로부터의 혼합 및 분해 섹션의 단부의 거리는 유리하게, 도입 장치의 구역에서의 배기 가스 라인의 직경의 2배 내지 6배 사이이다.
본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템이, 청구항 11에 한정된다.
본 발명에 따른 내연 기관이, 청구항 14에서 한정된다.
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 드러난다.
본 발명의 예시적인 실시예들이, 도면에 의해, 도면에 제한되지 않는 가운데, 더욱 상세하게 설명된다. 본 명세서에 도시되는 도면들에서:
도 1은, 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 내연 기관의 개략적 사시도이며; 그리고
도 2는, 본 발명에 따른 혼합 장치의 구역에서의, 도 1의 배기 가스 후처리 시스템의 상세도이다.
본 발명은, 내연 기관의, 예를 들어 발전소 내의 고정형 내연 기관 또는 선박 상에 사용되는 비고정형 내연 기관의, 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 바람직하게 2-행정 선박용 디젤 내연 기관으로서 실시되는, 중유 또는 잔유를 사용하여 작동되는 선박용 디젤 내연 기관의 SCR 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
도 1은, 배기 가스 과급 시스템(2) 및 배기 가스 후처리 시스템(3)을 갖는 내연 기관(1)의 구조를 도시한다.
내연 기관(1)은, 비-고정형 또는 고정형 내연 기관, 특히 비-고정형 방식으로 작동되는 선박용 내연 기관일 수 있다. 내연 기관(1)의 실린더(4)를 떠나는 배기 가스는, 내연 기관(1)으로 공급되는 충전 공기를 압축하기 위한 배기 가스의 열 에너지로부터 기계적 에너지를 획득하도록 하기 위해, 배기 가스 과급 시스템(2) 내에서 사용된다.
따라서, 도 1은, 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저(5)를 포함하는, 배기 가스 과급 시스템(2)을 갖는 내연 기관(1)을 도시한다. 내연 기관(1)의 실린더들(4)을 떠나는 배기 가스는, 배기 가스 터보 차저(5)의 터빈(6)을 통해 유동하며 그리고 터빈 내부에서 팽창되고, 여기에서 획득되는 에너지는, 충전 공기를 압축하기 위해 배기 가스 터보 차저(5)의 압축기(미도시)에서 사용된다. 내연 기관(1)은, 고압 터보 차저 및 저압 터보 차저를 갖는 2-단 배기 가스 과급 시스템(2)을 구비할 수 있다.
배기 가스 과급 시스템(2)에 부가하여, 내연 기관(1)은 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 포함한다. 배기 가스 후처리 시스템(3)은 바람직하게, 내연 기관(1)의 실린더들(4)과 배기 가스 과급 시스템(2) 사이에 연결되며, 따라서, 내연 기관(1)의 실린더들(4)을 떠나는 배기 가스가 그에 따라, 우선 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해 그리고 바로 이어서 배기 가스 과급 시스템(2)을 통해 유도되도록 한다.
도 1은, 내연 기관(1)의 실린더들(4)로부터 출발하는 배기 가스가 그를 통해 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 SCR 촉매 컨버터의 방향으로 안내될 수 있는, 배기 가스 공급 라인(8)을 도시한다. 부가적으로, 도 1은, SCR 촉매 컨버터(9)로부터 배기 가스 터보 차저(5)의 터빈(6)의 방향으로의 배기 가스의 방출을 위해 역할을 하는, 배기 가스 방출 라인(11)을 도시한다.
도 1의 내연 기관(1)은, 모든 실린더(4)를 위한 공통적인 배기 가스 수집기(7)를 구비한다. 내연 기관(1)의 실린더들(4)을 떠나는 배기 가스는, 배기 가스 수집기(7)로부터 출발하여, 배기 가스 공급 라인(8)을 통해, 배기 가스 후처리 시스템(3)의, 말하자면 개별적인 반응기 챔버(10) 및 개별적인 SCR 촉매 컨버터(9)의 방향으로, 그리고 배기 가스 후처리 시스템(3)의 하류에서, 배기 가스 과급 시스템(2)의 배기 가스 터보 차저(5)를 통해, 유도될 수 있다.
반응기 챔버(10)로 그리고 그에 따라 반응기 챔버(10) 내에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8) 및 반응기 챔버(10)로부터 그리고 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11)은, 또는 배기 가스 수집기(7) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 차단 요소가 자체에 통합되는, 우회로(미도시)를 통해 연결되는 것이 바람직하다. 폐쇄된 차단 요소에 의해, 우회로는 폐쇄되며, 따라서 배기 가스가 우회로를 통해 유동할 수 없다. 이 경우, 한편으로 차단 장치가 개방될 때, 배기 가스는, 우회로를 통해, 그리고 말하자면, 반응기 챔버(10) 및 반응기 챔버 내에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(9)를 우회하여, 배기-가스 공급 라인(8)으로부터 배기-가스 방출 라인(11) 내로 직접적으로, 유동할 수 있다.
도입 장치(12)가 배기 가스 후처리 시스템(3)의 배기 가스 공급 라인(8)과 연관되고, 그러한 도입 장치를 통해, 환원제의 전구체 물질이, 말하자면 카르바미드 또는 별개의 요소와 같은 암모니아 전구체 물질이, 배기 가스 흐름 내로 도입될 수 있다. 환원제의 전구체 물질은, 배기 가스와 혼합되며 그리고 실제 환원제 암모니아(NH3)로 분해되고, 환원제는, SCR 촉매 컨버터(9)의 구역에서 규정된 방식으로 배기 가스의 질소 산화물들을 변환하기 위해 요구된다. 배기 가스 후처리 시스템(3)의 도입 장치(12)는 바람직하게, 암모니아 전구체 물질이 이를 통해 배기 가스 공급 라인(8) 내부의 배기 가스 유동 내로 분사될 수 있는, 분사 노즐이다. 도 2는, 배기 가스 공급 라인(8)의 구역에서 배기 가스 흐름 내로의 환원제의 전구체 물질의 주입을, 원뿔형 표지(13)로 예시한다.
배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 도입 장치(12)의 하류에 그리고 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에 놓이는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 또는 별개의 배기 가스 공급 라인(8)의 섹션은, 혼합 및 분해 섹션(14)으로 지정된다. 특히, 배기 가스 공급 라인(8)은, 도입 장치(12)의 하류에, 그 내부에서 환원제의 전구체 물질이 환원제로 분해되며 그리고 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 환원제와 혼합될 수 있는, 혼합 및 분해 섹션(14)을 제공한다.
도입 장치(12) 및 배기 가스 공급 라인(8)은, 말하자면 도입 장치(12)의 하류에서 연장되는 혼합 및 분해 섹션(14)을 제공하는 배기 가스 공급 라인(8)의 부분이, 환원제의 전구체 물질의 환원제로의 분해 및 배기 가스 내로 도입 장치(12)를 통해 도입되는 환원제의 배기 가스와의 혼합을 위해 역할을 하는, 배기 가스 후처리 시스템(3)의 혼합 장치의 조립체들이다.
소음기(21)가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 배기 가스 공급 라인(8)과 연관된다. 혼합 및 분해 섹션(14) 및 소음기(21)는, 그에 따라 공간적으로 통합된다. 그로 인해, 콤팩트한 구조적 형태와 더불어, 저소음 배기 가스 후처리가 보장될 수 있다. 소음기(21)는 바람직하게, 여러 개의 소음기 챔버(22, 23, 24)를 구비한다. 각각의 소음기 챔버(22, 23, 24)는, 개별적으로 적어도 하나의 개구(25, 26, 27)를 통해, 배기 가스 공급 라인(8)과 연결된다.
도 2에 따르면, 제1 소음기 챔버(22)가, 도입 장치(12)의 상류에서, 적어도 하나의 개구(25)를 통해 연결되도록 배열된다. 소음기(21)의 제2 소음기 챔버(23)가, 도입 장치(12)의 하류의 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서, 적어도 하나의 다른 개구(26)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결된다. 상기 또는 각 제1 개구(26)의 도입 장치(12)로부터의 거리(X1)가, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경(d)의 최대 1배에 대응한다.
부가적으로, 도 2에 따르면, 소음기(21)의 제3 소음기 챔버(24)가, 후속하여 도입 장치(12)의 하류의 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서, 적어도 하나의 다른 개구(27)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결된다. 상기 또는 각 제2 개구(27)의 도입 장치(12)로부터의 거리는, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경(d)의 최소 2배에 대응한다.
도입 장치(12)로부터의 거리가, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 1배 내지 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 2배 사이에 대응하는, 혼합 및 분해 섹션의 구역(14) 내에, 소음기(21)의 소음기 챔버들(23, 24)이 그를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는, 개구들이 형성되지 않는다. 거리(X1)의 하류에 그리고 거리(X2)의 상류에 그에 따라, 소음기(21)의 소음기 챔버들이 그를 통해 배기 가스 공급 라인(8)과 연결되는, 그러한 개구들이 형성되지 않는다.
소음기(21)의 소음기 챔버들(22, 23, 24)을 배기 가스 공급 라인(8)에 연결하는 개구들(25, 26, 27)의 상기한 위치 설정을 통해, 개구들(25, 26, 27)의 구역 내로 도달하며 그리고 이러한 개구들을 차단하는, 액체 환원제 전구체 물질이 없는 것, 그에 따라 액체 요소가 없는 것이, 보장될 수 있다.
거리(X1)까지에서, 환원제 전구체 물질의 액적들이 제1 개구들(26)의 구역 내로 도달할 수 없다. 환원제 전구체 물질은, 그에 따라 요소는, 늦어도 거리(X2)에서 암모니아(NH3) 및 Co2로 분해되며, 따라서 거리(X2)의 하류에 또한, 액체 환원제 전구체 물질이 개구들(27)을 막는 위험이 존재하지 않는다.
소음기(21)는, 헬름홀츠 공진기 및/또는 λ/4-공진기 및/또는 흡수 소음기로서 실시된다. 흡수 소음기는 부가적으로, 유리 섬유 또는 세라믹 섬유와 같은, 흡음 재료로 충진된다.
혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 개구들(26, 27)을 통해 도입 장치(12) 하류에서 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는 소음기 챔버들(23, 24)이, λ/4-공진기들로서 실시되며, 이에 반하여 도입 장치(12)의 상류에서 개구(25)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는 소음기 챔버(22)가 헬름홀츠 공진기로 실시되도록, 준비가 이루어질 수 있다. 비록 이것이 바람직하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 모든 소음기 챔버들이, λ/4-공진기들 또는 헬름홀츠 공진기들 또는 흡수 공진기들로서 실시될 수 있다. 더불어, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 도입 장치(12) 하류에서 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는 소음기 챔버들(23, 24)이, 헬름홀츠 공진기들 또는 흡수 소음기들로서 실시될 수 있으며, 개구(25)를 통해 도입 장치(12)의 상류에서 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는 소음기 챔버(22)가 λ/4-공진기 또는 흡수 소음기로서 실시될 수 있다.
부가적으로, 배기 가스 라인(8) 내에, 단면 도약(cross-sectional jump)을 초래하는, 그로 인해 소음 방출의 추가적인 감소가 가능하게 되는, 부속품들(18a, 18b)을 제공하는 것이 유리한 것으로 판명되었다. 가장 단순한 경우에, 부속품들은, 평면형 방식(18a)으로, 그러나 또한 경사형 방식(18b)으로 배열되거나 또는 실시될 수 있는, 플레이트들이며, 부가적으로 이들은, 주된 유동 방향에 대해 상이한 각도로 정렬될 수 있다. 부속품들은, 도입 장치(12)의 상류에 및/또는 도입 장치(12)의 구역에서 배기 가스 공급 라인(8)의 직경(d)의 2배에 대응하는 거리에 배열될 수 있다.
소음기(21) 및 배기 가스 공급 라인(8)은, 말하자면 도 2에서 소음기(21)가 배열되는 구역에서 배기 가스 공급 라인(8)의 적어도 그러한 부분들은, 바람직하게, 공통 조립체로 조합되며 그리고 그에 따라 구조적 요소에 통합된다. 이는, 특히 콤팩트한 구조적 형태를 위해 유리하다.
바람직하게, 배기 가스 수집기(7)는, 혼합 및 분해 섹션(14)과 함께 또는 개별적으로 배기 가스 공급 라인(8) 및 소음기(21)와 함께, 공통 조립체로 조합된다. 여기서, 도 1에 도시된 실시예에 따라, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때 적어도 부분적으로 혼합 및 분해 섹션(14)을 형성하는 배기 가스 공급 라인(8)이 배기 가스 수집기(7) 후방에서 동축으로 배열되며, 따라서 배기 가스가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 배기 가스 수집기(7)부터 출발하여, 편향 없는 방식으로 공급되는 것이 가능하도록 하는, 준비가 이루어진다.
도 1에서, 배기 가스는 따라서, 단지 실린더측 배기 가스 개구 지점들(16)의 구역에서 배기 가스 수집기(7) 내로 진입할 때 및 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 구역에서 반응기 챔버(10)로 진입할 때에만, 편향을 겪는다. 이는, 저소음 배기 가스 후처리를 보장하는데 유리하다.
도 1 및 도 2는, 배기 가스의 유동을 화살표들(17)로 예시한다. 배기 가스(17)가 실린더측 배기 가스 개구 지점들(16)의 구역에서 대략 90° 또는 거의 90° 만큼 편향되며 그리고 배기 가스 수집기(7) 내로 유동하는 것이, 도 1로부터 확인될 수 있다. 배기 가스 수집기(7)로부터 진행하여, 배기 가스는, 반응기 챔버(10)의 구역으로 개방되는, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)까지 편향 없는 방식으로 유동한다. 배기 가스 공급 라인(8)의 이러한 단부(15)의 구역에서, 배기 가스는, 대략 180° 또는 거의 180° 만큼 유동 편향을 겪게 되고, 이러한 유동 편향 이후에, 배기 가스는, SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 유도된다.
배기 가스 공급 라인(8)은, 하류측 단부(15)에서 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 바람직한 실시예에 따르면, 배기 가스 공급 라인(8)은, 확산기(18)의 형태를 갖도록, 자체의 하류측 단부(15)의 구역에서 깔때기형 방식으로 확대된다. 그로 인해, 배기 가스 공급 라인(8)의 유동 단면적이 하류측 단부(15)의 구역에서 증가하고, 여기서, 배기 가스의 유동 방향에서 볼 때, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15)의 확산기(18)의 상류에서, 자체의 유동 단면적이 먼저 감소되도록 하는 준비가 이루어질 수 있다.
배기 가스 공급 라인(8) 및 배기 가스 방출 라인(11)은, 반응기 챔버(10)의 공통 제1 측면(19)에서 연계된다. 여기에서, 배기 가스 공급 라인(8)은, 이러한 제1 측면(19)으로부터 시작하여, 배기 가스 공급 라인의 하류측 단부(15)가 반응기 챔버(10)의 제1 측면(19) 반대편에 놓이는 반응기 챔버(10)의 제2 측면(20)에 인접하게 위치하게 되는 방식으로, 반응기 챔버(10) 내로 연장된다. 배기 가스 공급 라인(8)은 촉매 컨버터(9)를 관통한다.
배기 가스 방출 라인(11)은, 제1 측면에서 반응기 챔버(10) 내로 개방된다. 배기 가스 공급 라인(8)을 통해 공급되는 배기 가스는, 배기 가스 공급 라인(8)의 하류측 단부(15) 반대편에 놓이는, 반응기 챔버(10)의 제2 측면(20)의 구역에서 편향되고, 이어서 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 그리고 후속적으로 배기 가스 방출 라인(11)의 구역 내로 제1 측면(19)을 통해 유동한다. 배기 가스 방출 라인(11)은, 부분적으로 외측에서, 바람직하게 동심형으로, 반응기 챔버(10)의 제1 측면(19) 근처에서, 배기 가스 공급 라인(8)을 둘러싼다.
도 1의 예시적 실시예에서, 배기 가스 수집기(7), 혼합 및 분해 섹션(14), 배기 가스 공급 라인(8) 및 부가적으로 소음기(21)를 또한 제공하는 공통 조립체는, 배기 가스 수집기(7)로부터 진행하는 배기 가스가 혼합 및 분해 섹션(14)으로 편향 없는 방식으로 공급되는 것을 가능하게 하도록 실시된다. 이상에서 진술된 바와 같이, 이것은 바람직하다. 다른 한편, 배기 가스가, 배기 가스 수집기(7)로부터 시작하여 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역 내로 그리고 그에 따라 배기 가스 공급 라인(8)의 구역 내로의 자체의 유동 시, 말하자면 배기 가스 수집기(7)로부터 배기 가스 공급 라인(8) 내로 그리고 그에 따라 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역 내로의 전달 시에, 한번의, 말하자면 바람직하게 최대 90°만큼의, 편향을 겪는, 예시적 실시예들이 또한 가능하다. 내연 기관 상에서의 설치 공간의 이유로 인해, 배기 가스의 복수의 편향이 필요한 경우, 본 발명의 관점에서, 배기 가스 수집기(7), 배기 가스 공급 라인(8), 혼합 및 분해 섹션(14) 및 소음기(21)를 제공하는 조립체는, 배기 가스 수집기(7)로부터 나오는 배기 가스가, 최대 3번의 편향 또는 최대 270°의 배기 가스 수집기(7)와 혼합 및 분해 섹션(14) 사이에서의 편향을 동반하는 가운데, 바람직하게 최대 2번의 편향 또는 최대 180°의 배기 가스 수집기(7)와 혼합 및 분해 섹션(14) 사이에서의 편향을 동반하는 가운데, 혼합 및 분해 섹션(14)으로 공급되도록 하는 방식으로, 실시되도록 제공된다. 그러나, 최대 90°의 배기 가스 수집기(7)와 혼합 및 분해 섹션(14) 사이에서의 배기 가스의 편향이 바람직하다.
배기 가스 수집기(7)로부터 나오는 배기 가스의 혼합 및 분해 섹션(14)의 방향으로의 편향 없는 공급이, 가장 바람직하다.
배기 가스 수집기(7), 혼합 및 분해 섹션(14), 및 소음기(21)를 형성하는 공통 조립체는 바람직하게, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀게 놓이는, 개별적인 배기 가스 수집기(7) 내로의 실린더측 배기 가스 개구 지점(16)과, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10) 사이의 거리가, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀게 놓이는, 배기 가스 수집기(7) 내로의 개별적인 실린더측 배기 가스 개구 지점(16)과, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)에 가장 가깝게 놓이는, 배기 가스 수집기(7) 내로의 실린더측 배기 가스 개구 지점(16) 사이의 거리의, 최대 4배, 바람직하게 최대 3배, 특히 바람직하게 최대 2배에 대응하도록 하는 방식으로 구성된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 반응기 챔버(10) 및 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)는, 배기 가스 터보 차저(5)의 상류의 배기 가스 유동 측부 상에 배열된다. 반응기 챔버(10) 및 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)는, 배기 가스 터보 차저의 하류의 배기 가스 유동 측부 상에 배열되는 것이, 또한 가능하다. 더불어, 반응기 챔버(10) 및 그에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)는, 고압 배기 가스 터보 차저와 저압 배기 가스 터보 차저 사이의 배기 가스 유동 측부 상에 연결되는 것이, 가능하다.
이상의 상세 설명은, 잔유(residual oil)에 의해, 또는 중유 또는 그 밖에 천연 가스에 의해 작동되는, 2-행정 내연 기관에서의 사용을 위해 특히 적당하다. 그러나, 본 발명은 또한 4-행정 내연 기관들에서 사용될 수 있다.
1: 내연 기관 2: 배기 가스 과급 시스템
3: 배기 가스 후처리 시스템 4: 실린더
5: 배기 가스 터보 차저 6: 터빈
7: 배기 가스 수집기 8: 배기 가스 공급 라인
8a: 부분 8b: 부분
9: SCR 촉매 컨버터 10: 반응기 챔버
11: 배기 가스 방출 라인 12: 도입 장치
13: 분사 원뿔 표지 14: 혼합 및 분해 섹션
15: 단부 16: 배기 가스 개구 지점
17: 유동 18: 확산기
19: 측면 20: 측면
21: 소음기 22: 소음기 챔버
23: 소음기 챔버 24: 소음기 챔버
25: 개구 26: 개구
27: 개구

Claims (18)

  1. 촉매 컨버터로, 특히 SCR 촉매 컨버터(9)로 이어지는, 배기 가스 공급 라인(8)을 갖는, 말하자면 환원제의 전구체 물질을, 특히 요소와 같은 암모니아 전구체 물질을, 배기 가스와 혼합하기 위한, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 특히 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 혼합 장치로서, 배기 가스 공급 라인은, 환원제의 전구체 물질을 배기 가스 내로 도입하기 위한, 배기 가스 공급 라인(8)과 연관되는, 도입 장치(12)에 의해, 그리고, 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스를 환원제의 전구체 물질과 혼합하기 위한 그리고 전구체 물질의 환원제로의 분해를 위한, 개별적인 도입 장치(12)의 하류에 배열되며 그리고 배기 가스 공급 라인(8)에 의해 제공되는, 혼합 및 분해 섹션(14)에 의해, 배기 가스를 유도하는 것인, 혼합 장치에 있어서,
    소음기(21)가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 배기 가스 공급 라인(8)과 연관되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    소음기(21)는, 개별적으로 적어도 하나의 개구(25, 26, 27)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)과 연결되는, 적어도 하나의 소음기 챔버(22, 23, 24)를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    소음기(21)의 적어도 하나의 소음기 챔버(22, 23, 24)는, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역에서 적어도 하나의 개구(25, 26, 27)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되고, 개구(25, 26, 27)는, 도입 장치(12)의 상류에 또는 도입 장치(12)의 구역에 또는 도입 장치(12)의 하류에 배열되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    적어도 하나의 소음기 챔버(23, 24)가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역 내의 도입 장치(12)의 하류에서 적어도 하나의 개구(26, 27)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되고, 도입 장치(12)로부터 개구(26, 27)의 거리는, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 최대 1배에 또는 최소 2배에 대응하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    소음기(21)의 적어도 제2 소음기 챔버(23, 24)가, 혼합 및 분해 섹션(14)의 구역 내의 도입 장치(12)의 하류에서 적어도 제2 개구(27)를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되고, 도입 장치(12)로부터 상기 또는 각 개구(27)의 거리는, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 최대 1배에 또는 최소 2배에 대응하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    도입 장치(12)로부터의 거리가, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 1배 내지 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 2배 사이에 대응하는, 혼합 및 분해 섹션의 구역(14) 내에, 소음기(21)의 소음기 챔버들(23, 24)이 그를 통해 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는, 개구들이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    소음기(21)의 제3 소음기 챔버(22)가, 적어도 제3 개구(25)를 통해, 도입 장치(12)의 상류에서 배기 가스 공급 라인(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    소음기(21)는, 헬름홀츠 공진기 및/또는 λ/4-공진기 및/또는 흡수 소음기를 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    소음기(21)의 적어도 하나의 소음기 챔버(22, 23, 24)는, λ/4-공진기를 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    소음기(21)의 적어도 하나의 소음기 챔버(22, 23, 24)는, 헬름홀츠 공진기를 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  11. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    소음기(21)의 적어도 하나의 소음기 챔버(22, 23, 24)는, 흡수 소음기를 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  12. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 장치의 구역에서 배기 가스 공급 라인(8) 내부에 단면 도약을 제공하기 위한 적어도 하나의 장치(18a, 18b)가 배열되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    적어도 장치(18a, 18b)는 도입 장치(12)의 상류 또는 하류에 단면 도약의 제공을 위해 배열되고, 장치(18a, 18b)가 도입 장치의 하류에 단면 도약의 제공을 위해 배열되는 경우, 단면 도약의 제공을 위한 장치(18a, 18b)의 도입 장치(12)로부터의 거리는, 도입 장치(12)의 구역에서의 배기 가스 공급 라인(8)의 직경의 최소 2배에 대응하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 및 분해 섹션(14)과 소음기(21) 또는 배기 가스 공급 라인(8)과 소음기(21)는, 공통 조립체로 조합되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  15. 반응기 챔버(10) 내에 배열되는 적어도 하나의 촉매 컨버터(9), 특히 SCR 촉매 컨버터, 반응기 챔버(10)로 이어지는 배기 가스 공급 라인(8) 및 반응기 챔버(10)로부터 멀어지게 이어지는 배기 가스 방출 라인(11)을 갖는, 중류 또는 잔유에 의해 작동되는, 내연 기관(1)을 위한 배기 가스 후처리 시스템(3), 특히 내연 기관을 위한 SCR 배기 가스 후처리 시스템으로서,
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 혼합 장치에 의해 특징지어지는 것인 배기 가스 후처리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    혼합 및 분해 섹션(14) 그리고 소음기(21)와 함께 공통 조립체로 조합되는, 배기 가스 수집기(7)에 의해 특징지어지는 것인 배기 가스 후처리 시스템.
  17. 제 15항 또는 제 16항에 있어서,
    공통 조립체는, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀게 놓이는, 배기 가스 수집기(7) 내로의 실린더측 배기 가스 개구 지점(16)과, 각각의 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 각각의 반응기 챔버(10) 사이의 거리가, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)로부터 가장 멀게 놓이는, 배기 가스 수집기(7) 내로의 개별적인 실린더측 배기 가스 개구 지점(16)과, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 반응기 챔버(10)에 가장 가깝게 놓이는, 배기 가스 수집기(7) 내로의 실린더측 배기 가스 개구 지점(16) 사이의 거리의, 최대 4배, 바람직하게 최대 3배, 특히 바람직하게 최대 2배에 대응하도록 실시되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  18. 내연 기관(1)으로서, 여러 개의 실린더(4), 실린더들(4)의 그룹을 위한 적어도 하나의 공통적인 배기 가스 수집기, 및 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 후처리 시스템(3)을 구비하는 것인, 내연 기관에 있어서,
    배기 가스는, 개별적인 배기 가스 수집기(7)로부터 나와서, 배기 가스 후처리 시스템(3)을 통해 그리고, 배기 가스 후처리 시스템(3) 하류에서, 내연 기관(1)의 배기 가스 과급 시스템(2)의 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저(5)를 통해, 유도될 수 있는 것인, 내연 기관.
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